công nghệ sản xuất biodiesel

Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về BD 1.1.1 Sơ lược về BD 1.1.1.1 Khái niệm về Diesel: BD đã manh nha từ rất sớm năm 1853 nhờ công trình nghiên cứu của E.Dufy và J.Patrick về chuyển hĩa este của dầu thực vật, nhưng BD chỉ được chính thức ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho ra mắt động cơ Diesel chạy bằng dầu lạc, sau đĩ ngày 10/08 được chọn là Ngày BD quốc tế ( International BD Day). Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho ra đời chiếc xe bằng Etanol. Nhưng do xăng dầu cĩ nguồn gốc từ nhiên liệu hĩa thạch cĩ giá rẻ hơn nên nhiên liệu sinh học chưa được coi trọng. Nhưng trong thời gian gần đây, do giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu hĩa thạch đe dọa và yêu cầu bức thiết về chống sự biến đổi khí hậu tồn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành một nhu cầu thiết thực của nhân loại, nhất là khi các công nghệ biết đổi gen gĩp phần làm tăng đột biến sản lượng một số sản phẩm nông lâm nghiệp. Tĩm lại, cĩ thể hiểu một cách tổng quát Diesel là loại nhiên liệu bất kì dùng cho động cơ Diesel. Dựa theo nguồn gốc, cĩ thể chia Diesel thành 2 loại: − Petrodiesel ( thường được gọi tắt là Diesel) là 1 loại nhiên liệu lỏng thu được khi chưng cất dầu mỏ ở phân đoạn cĩ nhiệt độ từ 175 0 C đến 370 0 C, thành phần chủ yếu là hidrocacbon từ C16 – C21. − Biodiesel: cĩ nguồn gốc từ dầu thực vật ( cỏ, tảo, cây Jatropha, cây cao su…) hay mỡ động vật. Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải tuy rằng cĩ thể cháy ở điều kiện thường nhưng vì cĩ độ nhớt cao, một số loại cĩ chỉ số acid lớn nên chúng không thể dùng trực tiếp cho các động cơ mà chúng cần phải được chuyển hố thành Monoankyl – Este rồi mới đem đi sử dụng. Theo phương diện hĩa học, BD là metyl este của những acid béo ( trong đĩ, thành phần tạo năng lượng chủ yếu là gốc hidrocacbon). 1.1.1.2 Tại sao phải sử dụng BD? SVTH: Hồ Thanh Tuyền 1 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải − Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh, áp lực về năng lượng và môi trường càng lớn. Trữ lượng dầu mỏ ngày càng giảm dần, do đĩ vấn đề đặt ra là cần tìm những nguồn năng lượng thay thế. Đĩ là cĩ thể năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng giĩ, sĩng biển, năng lượng nhiệt trong lịng đất. Tất cả nguồn năng lượng đĩ hiện đang được nghiên cứu ứng dụng nhưng vấn đề an tồn khi sản xuất và giá thành của nĩ cịn cao nên việc áp dụng đại trà cịn nhiều trở ngại. − M ột nguồn năng lượng mới từ Biomass đang được chú ý và cĩ nhiều triển vọng vì tính hiện thực cũng như khả năng tái sinh và phù hợp với sinh thái của nĩ. − Etanol đi từ mía đường, tinh bột cũng sẽ là một dạng nhiên liệu sinh học cĩ triển vọng. − Dầu mỡ động thực vật cũng là một dạng nguyên liệu để tạo ra không chỉ các hợp chất hữu cơ cơ bản mà cịn tạo ra nhiên liệu cho các động cơ đốt trong tương tự dầu DO hay FO của dầu mỏ. Đĩ chính là Biodiesel. Dự báo nguồn nhiên liệu này sẽ chiếm 15-20% trong tổng nhu cầu nhiên liệu của thế giới trong vịng 50 năm tới. − Biodiesel không đơn thuần là nhiên liệu sinh học, mà kèm theo nĩ là trồng cây cĩ dầu để phủ xanh đất trống đồi trọc, chống xĩi mịn đất, tăng lượng oxy khí quyển, giảm khí CO 2 , xĩa đĩi giảm nghèo cho vùng trung du miền núi. Bên cạnh VO là một loạt sản phẩm cĩ giá trị khác thu được qua quá trình sản xuất Biodiesel như glixerin, vitamin, đạm từ bả và các chất cĩ hoạt tính sinh học khác như saponin, photpholipit, gluxit… 1.1.2 Ưu nhược điểm của BD so với diesel truyền thống: 1.1.2.1 Ưu điểm: − BD là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế ít gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ con người; là loại nhiên liệu sạch hơn vì khí thải khi đốt BD hầu như sẽ không cĩ SOx , hàm lượng CO và hidrocacbon thơm giảm so với khi đốt diesel truyền thống (chẳng hạn như benzo€uoranthense ít hơn 56%, benzopysenes ít hơn 71% ). − Là nguồn nhiên liệu thay thế cho diesel khi sử dụng cho động cơ diesel mà không ảnh hưởng đến động cơ. SVTH: Hồ Thanh Tuyền 2 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải − Là loại nhiên liệu cĩ thể được dùng dạng tự do hoặc pha trộn với diesel nhằm đạt được hiệu quả sử dụng và kinh tế theo yêu cầu của từng quốc qia. − Là loại nhiên liệu tái sinh nên BD sẽ là thế mạnh của các nước cĩ nền nông nghiệp phát triển. − Là loại nhiên liệu bị vi sinh vật phân huỷ nên khi thất thốt ra ngồi môi trường sẽ ít độc hại hơn rất nhiều so với các loại xăng dầu từ dầu mỏ. − Khi đạt các tiêu chuẩn thì BD sẽ là nhiên liệu ít ăn mịn động cơ hơn so với diesel. 1.1.2.2 Nhược điểm: − Trong phân tử biodiesel cĩ chứa nguyên tử oxy nên nhiệt trị thấp hơn diesel truyền thống. Vì vậy, khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu sẽ tiêu hao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel truyền thống. − Dễ bị oxy hố nên vấn đề bảo quản là vấn đề hàng đầu khi sử dụng BD ( Lưu trữ trung bình 6 tháng). − Hàm lượng NOx cao trong khí thải. Đây là nhược điểm đang được nghiên cứu khắc phục. − Nhiệt trị thấp hơn so với diesel nên cần một lượng nhiên liệu lớn hơn để đi được cùng một quãng đường. − Chi phí sản xuất cịn cao so với diesel. Hiện tại BD trở thành thương phẩm vẫn phải cần chính sách hỗ trợ của chính phủ nhằm thúc đẩy nền công nghiệp năng lượng này. Với tình trạng nguồn nhiên liệu hĩa thạch đang cạn dần, diesel truyền thống ngày càng tăng giá, thì trong tương lai, BD gần như là giải pháp thay thế duy nhất. 1.1.3Một số thông số kỹ thuật được đưa ra so sánh giữa hai loại nhiên liệu: Khí thải Đơn vị Diesel truyền thống BD từ dầu nành BD từ dầu thải NOx g 0.944 1.156 1.156 CO g 0.23 0.136 0.156 Hidrocacb on g 0.0835 0.0040 0.0038 − Bảng1.1.3.1: So sánh nồng độ khí thải giữa DO và Biodisel Nhiên liệu Năng suất toả nhiệt (MJ/Kg) DO 44,8 BDO 37,2 Methanol 18,2 Glyxerin 18,3 Dầu dừa 35,3 Dầu Jatropha 39,6 SVTH: Hồ Thanh Tuyền 3 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải Dầu hạt cao su 39.18 Bảng1.1.3.2: Bảng so sánh năng suất toả nhiệt của một số loại nhiên liệu Đặc tính nhiên liệu Diesel Biodiesel Nhiệt trị, Btu/gal 129,05 118,17 Độ nhớt động học ở 40 0 C, mm 2 /s 1,3 – 4,1 4,0 – 6,0 Tỉ trọng ở 15 0 C, lb/gal 7,079 7,328 Hàm lượng nước và cặn cơ học, max 0,05 0,05 Điểm chớp cháy, 0 C 60 - 80 100 – 170 Điểm đông đặc, 0 C -15 - 5 -3 _ -12 Chỉ số cetane 40 - 55 48 - 65 Bảng 1.1.3.3 – Một số đặc tính chọn lọc của Diesel và Biodiesel [5] 1.1.4 Các thông số hố lý kỹ thuật của Biodiesel: 1.1.4.1 Chỉ số Cetan: Chỉ số Cetan là đơn vị đo quy ước, dùng để đánh giá khả năng tự bắt cháy của các loại nhiên liệu diesel, cĩ giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn cĩ cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm 2 hidrocacbon: − n – Cetan C 16 H 34 là chất cĩ khả năng bắt cháy cao nhất với chỉ số qui định là 100 , khi đĩ “hỗn hợp” chứa 100% thể tích n-Cetan − α - metyl naphtalen C 11 H 10 là chất khĩ bắt cháy nhất với chỉ số cetan qui định là 0 Những hợp chất cĩ mạch thẳng thì dễ bắt cháy nên cĩ chỉ số Cetan cao, trong khi hợp chất vịng hoặc mạch nhánh thì cĩ chỉ số Cetan thấp hơn. Bản chất cháy của diesel trong động cơ là bị nén áp suất cao (tỷ số nén khoảng 14:1 đến 25:1) ở dạng đã phối trộn với Oxy và cĩ nhiệt độ cao thích hợp sẽ cháy và sinh công. Biodiesel cần cĩ chỉ số cetan cao để đảm bảo quá trình cháy, nếu cao quá sẽ gây lãng phí nhiên liệu vì 1 số thành phần ở nhiệt độ cao trong xilang sẽ phân hủy thành cacbon tự do (cịn gọi là muội than) trước khi cháy, tuy nhiên nếu chỉ số cetan quá thấp sẽ dễ gây ra hiện tượng kích nổ (do cĩ nhiều thành phần khĩ bị oxy hĩa địi hỏi phải phun rất nhiều nhiên liệu vào xylanh mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bị đốt cháy nhiều hơn yêu cầu, nhiệt lượng sinh ra rất lớn gây tăng mạnh áp suất, làm xylanh dễ bị mịn và động cơ rung giật).Vì thế, chỉ số Cetan là một trong những tiêu chuẩn đã được quy định theo từng quốc gia cho các loại nhiên liệu trong đĩ cĩ Biodiesel.Thông thường, với động cơ Diesel chậm (dưới 500 rpm), chỉ số cetan khoảng 45 đến 50; cịn đối với động cơ chạy nhanh (đến 1000 rpm) chỉ cần trên 50. SVTH: Hồ Thanh Tuyền 4 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải 1.1.4.2 Trị số octan: là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng chống kích nổ nhiên liệu, cĩ giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn (ở điều kiện tiêu chuẩn) gồm iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C 8 H 18 ) và n- helptan ( n- C 7 H 16 ). Hỗn hợp chuẩn cĩ trị số octan là x ( x cĩ giá trị từ 0 đến 100) tức là hỗn hợp cĩ chứa x% (thể tích) iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C 8 H 18 ). Nhiên liệu cĩ trị số octan càng cao thì càng tốt. Để tăng trị số octan, ta cĩ 3 cách chính: − Pha thêm phụ gia: +Hợp chất cơ kim: Pb (hiện cấm dùng), Mn và Fe (dùng hạn chế)… +Phụ gia Ferrocene- Diclopentadienyl (C 2 H 5 ) 2 Cl. Phụ gia này rẻ tiền, ít độc với môi trường nhưng lại độc với động cơ. Khi cháy, Ferrocene tạo ra lớp oxit sắt ( lớp màu đỏ trên bugi) ảnh hưởng đến các lớp xúc tác trong oto hiện đại, gây mài mịn các vịng piston, lỗ khoan trên xylanh và trục cam Hiện Ferrocene không được cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ chấp nhận cho sử dụng. +MMT ( Methylcyclopentadienyl Maanganese Tricabonyl): hiện được dùng thay thế cho phụ gia Pb +… − Pha trộn với nhiên liệu cĩ trị số octan cao − Chuyển các hidrocacbon mạch thẳng thành mạch nhánh, hoặc vịng no, vịng thơm cĩ trị số octan cao như cracking, reforming … 1.1.4.3 Điểm đục: Điểm đục là nhiệt độ mà hỗn hợp bắt đầu vẩn đục do cĩ một số chất bắt đầu kết tinh. Điểm đục cĩ ý nghĩa rất quan trọng đối với dầu diesel, đặc biệt khi nĩ được sử dụng ở các nước cĩ nhiệt độ hạ thấp khi mùa đông đến. Khi nhiệt độ thấp, độ nhớt sẽ tăng lên, ảnh hưởng đến việc phun nhiên liệu. Nếu nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ tạo điểm đục thì những tinh thể kết tinh sẽ kết hợp lại với nhau tạo thành những mạng tinh thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn cũng như thiết bị lọc làm động cơ không hoạt động được. 1.1.4.4 Điểm chảy: Điểm chảy là nhiệt độ mà tồn bộ thể tích của hỗn hợp chuyển pha từ thể rắn sang thể lỏng. Điểm đục và điểm chảy là thông số được xác định nhằm dự đốn khả năng sử dụng của Biodiesel ở nhiệt độ thấp. 1.1.4.5 Điểm chớp cháy: Điểm chớp cháy là nhiệt độ mà ở đĩ hỗn hợp bắt đầu bắt lửa và cháy. Chỉ số này dùng để phân loại nhiên liệu theo khả năng cháy nổ của chúng. Điểm chớp cháy của Metyl este tinh khiết là hơn 200 0 C, và Metyl este được xếp loại vào những chất khĩ cháy. Tuy nhiên, trong quá trình điều chế và tinh chế, Methanol dư cịn lẫn trong sản phẩm và làm hạ thấp điểm chớp cháy. Điều này gây nguy hiểm khi điểm chớp cháy hạ xuống thấp. Đồng thời Methanol là chất ăn mịn thiết bị kim loại. Do vậy điểm chớp cháy vừa được sử dụng như một tiêu chuẩn quản lý chất lượng Biodiesel vừa để kiểm tra lượng Methanol dư thừa. 1.1.4.6 Độ nhớt: Độ nhớt: thể hiện khả năng kháng lại tính chảy của chất lỏng. Thông số này phụ thuộc vào sự ma sát của một phần chất lỏng khi trượt lên phần chất lỏng khác. Độ nhớt của nhiên liệu càng cao càng không cĩ lợi khi sử dụng vì nĩ làm giảm khả năng phân tán khi được phun vào thiết bị để đốt cũng như làm tăng khả năng lắng căn trong thiết bị. Chính vì vậy người ta mới buộc phải SVTH: Hồ Thanh Tuyền 5 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải chuyển các loại dầu mỡ động thực vật thành Biodiesel rồi mới đem đi sử dụng vì Biodiesel cĩ độ nhớt thấp hơn nhiều. Ngồi ra cĩn cĩ các chỉ số khác. Tất cả các chỉ số hố lý này được nghiên cứu và xây dựng thành tiêu chuẩn cụ thể cho Biodiesel. Tính chất Phương pháp thử Giới hạn Đơn vị Nhiệt độ chớp cháy (phương pháp cốc kín) ASTM D 93 130 min 0 C Nước và cặn ASTM D 2709 0,05 max % thể tích Độ nhớt động học ở 40 0 C ASTM D 445 1,9 – 6,0 mm2/s Tro Sulfat ASTM D 874 0,020 max % khối lượng Sulfur tổng ASTM D 4294 - 99 0,05 max % khối lượng Điểm đục ASTM D 2500 oC Cặn Carbon ASTM D 4530 0,05 max % khối lượng Chỉ số acid ASTM D 664 0,8 max mg KOH/g Hàm lượng Glyxerin tự do ASTM D 6854 0,02 max % khối lượng Hàm lượng Glyxerin tổng ASTM D 6854 0,24 max % khối lượng Hàm lượng photpho ASTM D 4951 10 ppm 1.2 Các nguồn nguyên liệu để sản xuất BD 1.2.1 Các nguồn nguyên liệu chính 1.2.1.1 Dầu thực vật: Cọ dầu Từ hơn 10 năm trước đã trồng tại Long An, đạt 4 tấn dầu /ha. Tuy nhiên cĩ 1 số khĩ khăn: trồng qui mô lớn mới hiệu quả vì cần đầu tư dây chuyền xử lý ngay sau thu hoạch do trong hạt chứa mem lipase phân hủy dầu trong vịng 24 giờ thành este và glycerin nên cần diệt men lipase (bằng nồi hơi); cọ dầu không khĩ trồng nhưng cần mưa quanh năm – khĩ đạt được ở Việt Nam. Hiện nay hầu như không phát triển được. Vừng Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, hiện đang trồng đại trà tại Nghệ An, Thanh Hĩa, Gia Lai, An Giang.Hiện nay vừng chủ yếu được xuất khẩu sang Nhật (cả hạt và dầu). SVTH: Hồ Thanh Tuyền 6 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải Dừa Diện tích trên 180000 ha, nhưng năng suất dầu thấp, tối đa đạt 1 tấn dầu/ha, bằng ¼ so với cọ dầu. Sản lượng dầu ép không cao vì cây dừa rất hiệu quả đối với nông dân do các sản phẩm khác như cơm dừa sấy, xơ dừa, than gáo dừa, thủ công mỹ nghệ từ gỗ dừa… nên giá dừa trái tăng (khoảng 15000 đ/l). Đậu nành Hạt thu mua trong dân 5000 đ/kg, đậu nành nhập khẩu từ Mỹ 3500 đ/kg ( kể cả thuế nhập khẩu). Hướng dương Trồng thử nghiệm ở Củ Chi (đạt khoảng 2.5 tấn /ha), Lâm Đồng ( đạt 3.5 – 5 tấn/ha). Khi trồng thử nghiệm các thế hệ lai, năng suất đã tăng đáng kể. Do đĩ hướng dương trở thành nguồn nguyên liệu cĩ triển vọng. Bông vải Theo chính sách Nhà nước về tự túc 70% nguyên liệu dệt may, diện tích trồng cây bông sẽ phát triển nhanh chĩng. Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng là 33000 ha, 60000ha và 120000ha. Dầu hạt bông cải cĩ thể là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất BD và ta chưa loại được độc tố gossypol nên không thể dùng để sản xuất dầu ăn. Dầu bông vải thô hiện nay giá khoảng 7000 đ/l. (Theo báo cáo khoa học lần thứ nhất về nhiên liệu cĩ nguồn gốc sinh học (Biofuel và BD ở Việt Nam) 23/08/2006 trang 18) Tính chất Dầu hạt cao su Dầu hoa hướng dương Dầu hạt cải Dầu hạt bông cải Dầu hạt dậu nành Thành phần acid béo (i) Acid panmitic C(16:0) (ii) Acid stearic C(18:0) (iii) Acid oleic C(18:1) (iv) Acid linoleic C(18:2) (v) Acid linolenic C(18:3) 10,2 8,7 24,6 39,6 16,3 6,8 3,26 16,93 73,73 0 3,49 0,85 64,4 22,3 8,23 11,67 0,89 13,27 57,51 0 11,75 3,15 23,26 55,53 6,31 Tỉ trọng 0,91 0,918 0,914 0,912 0,92 Độ nhớt ở 40 0 C (mm 2 /s) 66,2 58 39,5 50 65 Điểm chớp cháy ( 0 C) 198 220 280 210 230 Nhiệt trị (MJ/kg) 37,5 39,5 37,6 39,6 39,6 Chỉ số acid 34 0,15 1,14 0,11 0,2 Nước ta tuy là nước nông nghiệp nhưng hàng năm chúng ta vẫn phải nhập một lượng rất lớn dầu thực vật để tinh luyện phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Sở dĩ như vậy vì giá mua nguyên liệu hạt, quả cĩ dầu ở nước ta đôi khi bằng hoặc cao hơn so với giá nhập dầu thực vật thô từ những nước cĩ tiềm năng như Malayxia, Mỹ…Do đĩ ta nên định hướng nghiên cứu sản xuất BD từ các loại dầu thực vật không cĩ giá trị thực phẩm cĩ giá thành thấp như dầu bông, dầu hạt cao su, dầu hạt Jatropha … 1.2.1.2 Mỡ động vật: Mỡ động vật được chia ra làm 2 nhĩm : mỡ động vật trên cạn và mỡ động vật dưới nước. − Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều axit béo no, chủ yếu là palmaitic và axit stearic (mỡ heo, mỡ bị). Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều axit béo thuộc nhĩm omêga-6 hơn, hầu như không cĩ omêga-3 nên thường ở trạng thái rắn SVTH: Hồ Thanh Tuyền 7 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải trong điều kiện nhiệt độ thường. Các axit béo thuộc nhĩm omêga-6 cĩ tác dụng làm co mạch, tăng huyết áp. − Mỡ động vật dưới nước chứa hàm lượng axit béo không no thuộc nhĩm omêga-3 tương đối lơn, ở thể lỏng trong điều kiện nhiệt độ thường. Nước ta thuộc vùng nhiệt đới, cĩ nhiều sông nước nên nghề nuôi và chế biến thủy sản phát triển mạnh về cả chất và lượng, không chỉ phục vụ nhu cầu trong nước mà cịn hướng đến xuất khẩu. Trong đĩ phải kể đến nghề nuôi và chế biến cá da trơn ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Hoạt động chế biến các sản phẩm từ cá da trơn thải ra ngồi một lượng lớn các phế phẩm, ảnh hưởng đến môi trường, mà trong đĩ chiếm chủ yếu là dầu hạt cao su. Do đĩ, nếu sử dụng dầu hạt cao su như nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu mới là một phương án cĩ hiệu quả về mặt kinh tế lẫn cho môi trường. Việc lựa chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồi tài nguyên sẵn cĩ và điều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng. Chẳng hạn như ởÛ Châu Aâu sử dụng chỉ yếu là cải dầu và dầu hướng dương; ở Mỹ- dầu đậu nành; ở Châu Mỹ- dầu đậu nành, hướng dương và thầu dầu; ở miền Nam Châu Phi- dầu đậu nành, dầu mè; ở Đông Nam Á- dầu cọ, dầu dừa và dầu mè; ở Châu Uùc- cải dầu,dầu lanh và dầu cọ nhập từ Đông Nam Á. Sử dụng nguồn tài nguyên sẵn cĩ, các nguyên liệu phế thải sẽ gĩp phần làm giảm giá BD, đưa BD vào sử dụng rộng rãi hơn. 1.2.2 Giới thiệu dầu hạt cao su Cây cao su (danh pháp khoa học là Hevea brasiliensis) là một lồi cây thân gỗ thuộc họ Đại kích (Euphorbiaceae). Nhân hạt cao su ( chiếm 50 – 60% hạt) chứa 40 – 50 % (khối lượng hạt) là dầu cĩ màu nâu. Hạt cao su cĩ hình elipxoid với nhiều kích cỡ, dài 2.5 – 3 cm. Hạt bĩng, nặng 2- 4 g/hạt, trên hạt cĩ các chấm nâu. Hàng năm, khoảng tháng 8 hoặc tháng 9 là thời điểm cao su cho trái rộ nhất với năng suất khoảng 1 tấn hạt/ 1 ha. Theo thống kê trên thế giới, khi ép 1 tấn hạt, trung bình ta thu được 100 kg dầu hạt cao su. Tại Việt Nam, theo thống kê năm 2007, diện tích trồng cao su hơn 500000 ha( Theo http://www.hochiminhcity.gov.vn/left/tin_tuc/tin_thoi_su/2007/08/27-08- 2007.02). Thu nhập từ cây cao su chỉ chú ý đến mủ và thân, cịn hạt cao su thì bị bỏ quên. Như vậy, với 500000 ha ta sẽ thu được 5000 tấn hạt, tương đương 500 tấn dầu. SVTH: Hồ Thanh Tuyền 8 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải Dầu hạt cao su cĩ chứa cyanogenic glycosides, hợp chất này dưới tác dụng của enzyme đặc hiệu hoặc trong môi trường acid yếu sẽ chuyển hĩa thành hợp chất cyanua. Do đĩ dầu cao su không thể sử dụng được trong thực phẩm. Thực ra, hạt dầu cao su cũng cĩ khả năng chế biến ra Methyl Ester như các loại dầu thực vật khác để sử dụng trong công nghiệp. Vỏ bọc rớt trên đất được thu về và tách lấy nhân hạt.Những nhân hạt này được sấy khô để tách ẩm. Sau đĩ, hạt được đưa vào máy nghiền và dầu được lọc lấy. Dầu qua lọc sẽ được dùng làm nguyên liệu để sản xuất Biodiesel. Tại thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận cĩ khoảng 20 cơ sở thủ công hoặc bán thủ công ép hạt cao su lấy dầu với hiệu suất khoảng 17% là cao nhất và mỗi cơ sở chỉ làm khoảng vài tấn hạt trong một ngày, mặc khác do nguồn nguyên liệu không ổn định ( cao su cho trái rộ chỉ trong khoảng 2 tháng) nên giá thành dầu hạt cao su rất cao, khoảng 17000 đồng/kg ( giá hạt trung bình khoảng 2500 đồng/kg). Để sử dụng hiệu quả hạt cao su đang cĩ ta phải đổi mới công nghệ chiết, tách nhằm tăng hiệu suất lên 30% và qua đĩ ta cĩ thể dùng dầu này để sản xuất Metyl Este giá thành khoảng 10000 đồng/ lít nhưng chất lượng tương đương với chất lượng Metyl Este của dầu đậu nành mà ở Mỹ đang sản xuất sử dụng và xuất khẩu với tên thương mại là Soyat. SVTH: Hồ Thanh Tuyền 9 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải Thành phần dầu cao su thu được: − Chứa trên 90% gốc Acid cĩ mạch C18 và phân tử lượng khoảng 870± 10, Kg/m 3 − Chỉ số Iot 130 ± 5 g iot/ 100g. − Chỉ số xà phịng 185 ± 5 mg KOH/g. − Chỉ số acid 50 ± 5 mg KOH/g. − Acid trong dầu hạt cao su gồm 2 nhĩm chính: + Acid béo bão hịa: o Acid Palmitic o Acid Stearic + Acid béo không bão hịa: o Acid oleic o Acid linoleic o Acid linolenic Trong dầu hạt cao su, các metyl este của các acid béo no làm tăng điểm đông, trị số cetan và tăng độ bền trong khi những polymer không no làm giảm điểm đông, trị số cetan và cả độ bền, Loại và thành phần acid béo cĩ trong dầu thực vật phụ thuộc vào vùng đất trồng cây và điều kiện chăm sĩc. Mặc dù cây thực vật thuộc nhĩm cĩ độ bay hơi thấp trong tự nhiên, nĩ lại nhanh chĩng tạo ra các hợp chất dễ cháy cĩ khả năng bay hơi khi cháy. 1.3 Công nghệ sản xuất BD : 1.3.1 Các phương pháp điều chế BD từ dầu thực vật: Để sản xuất BD cần áp dụng các phương pháp xử lí VO để tính chất của nĩ gần với nhiên liệu Diesel. Sự khác nhau cơ bản của VO so với nhiên liệu Diesel chính là độ nhớt. Aûnh hưởng của độ nhớt cao làm cho hệ thống cấp nhiên liệu của động cơ làm việc không bình thường, nên chất lượng của quá trình phun và cháy kém hơn. Do chất lượng của quá trình phun và cháy kém nên các chỉ tiêu của động cơ Diesel sẽ kém đi khi sử dụng VO. Vì lý do trên, trong số các giải pháp xử lý VO để tính chất của nĩ gần với Diesel thì các giải pháp làm giảm độ nhớt được quan tâm trước tiên. 1.3.1.1 Phương pháp sấy nĩng: Hiện ít sử dụng vì không thích hợp, cần cĩ nhiệt độ trên 80 0 C. 1.3.1.2 Phương pháp pha lỗng: Đây là phương pháp đơn giản, dễ dàng thực hiện ở mọi qui mô. Pha trộn được tiến hành bằng phương pháp cơ học, không địi hỏi thiết bị phức tạp, hỗn hợp nhận được bền vững và ổn định trong thời gian dài. Nhược điểm của phương pháp này là khi tỷ lệ dầu thực vật lớn hơn 50% thì không thích hợp, vì lúc này độ nhớt của hỗn hợp lớn hơn độ nhớt Diesel nhiều. Khi pha lỗng Diesel bằng dầu thực vật, hỗn hợp 10% VO cĩ độ nhớt thay đổi không đáng kể so với Diesel và thể hiện tính năng kỹ thuật tốt đối với động cơ Diesel. 1.3.1.3 Phương pháp cracking: Quá trình này gần giống với quá trình cracking dầu mỏ. Nguyên tắc cơ bản của quá trình là cắt ngắn mạch hydrocacbon của VO dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp. Sản phẩm của quá trình cracking VO thông thường bao gồm khí, xăng, Diesel và một số sản phẩm phụ khác. Phương pháp này cĩ nhược điểm là tốn năng lượng, khĩ thực hiện ở qui mô nhỏ và sản phẩm gồm nhiều dạng nhiên liệu. 1.3.1.4 Phương pháp nhũ tương hĩa: SVTH: Hồ Thanh Tuyền 10 [...]... với xúc tác lipase chưa được đưa vào sản xuất công nghiệp, những nghiên cứu về xúc tác enzyme vẫn được phát triển mạnh mẽ Điểm chủ yếu của những công trình này là tối ưu hĩa các điều kiện phản ứng (dung môi, nhiệt độ, pH, cơ chế sinh enzyme…) để thiết lập SVTH: Hồ Thanh Tuyền 12 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải những đặc tính phù hợp để áp dụng vào sản xuất Tuy nhiên, hiệu suất phản ứng... hưởng của nhiều yếu tố … Do đĩ, thiết kế hệ thống hoạt động liên tục sẽ rất khĩ kiểm sốt được chất lượng sản phẩm Nếu hệ thống hoạt động gián đoạn, năng suất hệ thống thấp dẫn đến việc tăng giá thành sản phẩm Nguyên liệu phải trải qua nhiều giai đoạn, nhiều thiết bị để thành sản phẩm Để tận dụng công suất hoạt động của thiết bị ( nhất là thiết bị tách pha), ở đây tôi sẽ thiết kế hệ thống hoạt động bán... SVTH: Hồ Thanh Tuyền 26 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải Tùy theo mục đích làm thí nghiệm khảo sát hay thực hiện qui trình sản xuất thử mà ta quyết định xem cĩ rửa thiết bị giữa các mẻ hay khơng Xét năng suất của hệ thống khi thực hiện qui trình sản xuất thử: − Trong 1h ta nhập liệu được mẻ nên năng suất hệ thống (tính theo dầu hạt cao su): − Năng suất dầu hạt cao su nhập liệu G để thực... thứ hai, quá trình chuyển vị este với xúc tác kiềm chuyển sản phẩm của bước đầu thành những đơn este và glixerin 1.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hĩa este : Nguyên liệu: Thành phần và bản chất của nguyên liệu cĩ ảnh hưởng quan trọng đến quá trình điều chế biodiesel Theo cơng trình nghiên cứu “Điều chế nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu thực vật phế thải theo phương pháp hĩa... cho nĩ bị tấn công bởi tác nhân ái nhân SVTH: Hồ Thanh Tuyền 18 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải So với xúc tác axít, cơ chế phản ứng xúc tác bazơ thực hiện sự hoạt hố phản ứng một cách trực tiếp hơn hay sự khác biệt giữa hai loại xúc tác này là xúc tác axit tạo tác nhân ái điện tử cịn xúc tác bazơ tạo tác nhân ái nhân CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 2.1.1 Quy trình cơng nghệ: Sơ đồ bố... khiết của sản phẩm (ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ số hồi lưu trong thiết bị tách pha).Với nhiều yếu tố tác động phức tạp, việc xác định tỷ số thu hồi chỉ cĩ ý nghĩa tương đối.Ở đây ta chọn %( mBD/mTG)= 90% Thông số nhập liệu: Hệ thống hoạt động theo chế độ nhập liệu gián đoạn, vì thế ở đây ta tính tốn các thông số ở thiết bị phản ứng chuyển hĩa este bằng acid ( thuộc giai đoạn 1 trong hệ thống sản xuất) ... tác nên để tăng khả năng phản ứng người ta thường sử dụng các dẫn xuất của axit như : anhydryt axit, clorua axit Mạch hydrocacbon của axit béo càng dài thì khả năng phản ứng càng giảm Tương tự, bậc và mức độ phân nhánh mạch của ancol càng cao thì càng giảm khả năng phản ứng 1.3.4.1.2 Phản ứng ancol phân: Phản ứng ancol phân điều chế Biodiesel là phản ứng giữa rượu và este dạng TriGlyxerit thành este... 2CO3 + ROH M+ HMCO3 + Anion ancolat tấn công lên nguyên tử cacbon ở nhĩm C=O của este O O R3 O O O δ O O R3 + Oδ − OO -OR O R R1 O O R2 O R1 R3 R2 O R3 O O H O O R2 + - OR O O RO H + -O R1 O R O R2 O R – Nhĩm ankyl trong phân tử ancol R1,R2,R3 – Gốc của axit béo M – K,Na Anion này deproton hố xúc tác và giải phĩng kim loại kiềm trạng thái hoạt động để bắt đầu tấn công một phân tử ancol mới Cứ như thế... giản và tạo ra sản phẩm este cĩ tính chất hĩa lý gần với nhiên liệu Diesel Hơn nữa, các este cĩ thể đốt cháy trực tiếp trong buồng đốt động cơ và khả năng hình thành cặn rất thấp Các kỹ thuật thực hiện phản ứng transeste hĩa: SVTH: Hồ Thanh Tuyền 11 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải So với các phương pháp khác, phương pháp khuấy gia nhiệt cĩ nhiều triển vọng áp dụng trong công nghiệp do... = 30 Pha nhiều Glyxerin Metyl este Trung hòa base dư Nước nóng, T= 70 0C SVTH: Hồ Thanh Tuyền Rửa (khuấy, tách) Làm khan ( khuấy) 20 Đồ án môn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xuân Hải BD 2.1.3 Qui trình công nghệ: Hệ thống được được nhập liệu gián đoạn và được tháo liệu liên tục − Giai đoạn 1: + Dầu hạt cao su và Methanol ở nhiệt độ 25 0C được dẫn vào bình 5 + Tiến hành khuấy sơ bộ (nhờ bơm 3) để hỗn hợp . ra các hợp chất dễ cháy cĩ khả năng bay hơi khi cháy. 1.3 Công nghệ sản xuất BD : 1.3.1 Các phương pháp điều chế BD từ dầu thực vật: Để sản xuất BD cần áp dụng các phương pháp xử lí VO để tính chất. Dầu qua lọc sẽ được dùng làm nguyên liệu để sản xuất Biodiesel. Tại thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận cĩ khoảng 20 cơ sở thủ công hoặc bán thủ công ép hạt cao su lấy dầu với hiệu suất khoảng. dầu/ha, bằng ¼ so với cọ dầu. Sản lượng dầu ép không cao vì cây dừa rất hiệu quả đối với nông dân do các sản phẩm khác như cơm dừa sấy, xơ dừa, than gáo dừa, thủ công mỹ nghệ từ gỗ dừa… nên giá dừa